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WO2008031633A1 - Modular microelectronic system - Google Patents

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Publication number
WO2008031633A1
WO2008031633A1 PCT/EP2007/008300 EP2007008300W WO2008031633A1 WO 2008031633 A1 WO2008031633 A1 WO 2008031633A1 EP 2007008300 W EP2007008300 W EP 2007008300W WO 2008031633 A1 WO2008031633 A1 WO 2008031633A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wiring
connection
switching unit
conductor structure
functional layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/008300
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Niedermayer
Andreas Ostmann
Haiko Morgenstern
Stephan Guttowski
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority to DE112007002167T priority Critical patent/DE112007002167A5/en
Publication of WO2008031633A1 publication Critical patent/WO2008031633A1/en

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    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3011—Impedance

Definitions

  • the invention relates to a modular microelectronic system according to the preamble of the main claim.
  • Modular microelectronic systems are known in principle.
  • modular embedded systems are known, which digital circuits for data processing and flow control and depending on the application further subsystems with sensors and
  • Circuits for measuring data processing actuators with control for positioning the sensors, antenna and electronics for high-frequency generation / evaluation and for controlling the communication, and energy supply and components for energy management.
  • a known concept is to realize the microelectronic system cost-effectively with the lowest possible number of components.
  • a possibility This involves integrating most of the necessary components on a semiconductor chip as "system-on-a-chip".
  • 3D IC technologies for implementing a plurality of transistor layers on a chip are known.
  • Another concept is to design modular microelectronic systems based on the stacking of semiconductor chips and other electronic components in the form of planar layers.
  • the electrical connection of the individual layers takes place vertically. In this chip stacking process, the individual layers must have the same dimensions.
  • the publication WO 03/005782 A2 discloses a modular microelectronic system which has a plurality of functional layers stacked vertically one above the other.
  • a functional layer contains in each case electronic components, an electrical conductor structure which electrically contacts the microelectronic components and a carrier in which microelectronic components and conductor structure are embedded.
  • the conductor structure has connection contacts for the microelectronic components, wherein the connection contacts are arranged outside on the end face of the carrier.
  • Several such functional layers are stacked on top of each other and electrically connected to each other via the respective outer terminal contacts of the respective conductor structure via a metallization.
  • the effort required to achieve high wiring densities in the area of the vertical contacts is significantly higher. This becomes particularly noticeable when a multiplicity of functional layers have to be connected to one another electrically via vertical connections.
  • the invention provides a modular microelectronic system comprising a plurality of function layers or modules stacked vertically one above another, wherein a functional layer comprises at least one electronic component, a conductor structure having at least one vertical connection contact and a wiring which connects the at least one electronic component to the at least one vertical connection contact. electrically connects, contains, and the functional layers are electrically connected to each other via their respective terminal contacts vertically.
  • the functional layers is designed with regard to the wiring and / or the connection contact configuration for different vertical connection technologies. Due to the fact that it is possible to choose between several alternative connection technologies, in the case of multiple functional layers it is possible to select in each case the suitable connection technology in order to enable a favorable vertical connection. In particular, the space required for vertical connection of the functional layers can be minimized hereby. In this case, different dimensions of the individual functional layers or modules are possible.
  • Vertical interconnect technologies are edge side vias, via vias, or wireless interconnect techniques, inductive, capacitive, or electromagnetic.
  • the invention is particularly advantageous when the functional layers are modular in design, i.e., functionally related electronic components are preferably combined on a functional layer and can be assembled in various combinations with the microelectronic modular system. Depending on the combination of the individual
  • terminal contacts in various forms, for example galvanically in the form of feedthroughs or plated-through holes, ie a galvanic connection which passes through the carrier, or side contacts, or via capacitive, inductive or electromagnetic (antenna) coupling Elements.
  • dielectric and / or soft magnetic materials may be used.
  • the functional layer may be constructed to support a variety of such interconnection technologies to provide a suitable vertical electrical connection, depending on the requirements, such as reliability and cost.
  • modules can have a significantly higher robustness, which themselves allow safe operation in harsh environments, for example in environments in which the component is exposed to high accelerations.
  • connection contacts it is possible to provide more connection contacts than required by the electronic components.
  • prefabricated carriers use different contact configurations, wherein a carrier may also have contact configurations of different connection technologies.
  • Thin-film substrates based on a ceramic or silicon, thick-film substrates based on a ceramic, laminated substrates, in particular printed circuit boards, metal wires (soldered or the like) are suitable for realizing a vertical electrical connection, which has electrical lines arranged laterally of the stack of functional layers - the bonded), conductive paste or a laser-structured metallization.
  • Electronic components may in particular be microelectronic components, for example SMD components or semiconductor chips, or else components such as antennas, batteries, sensors, quartz crystals, actuators, signal generators, resonators and
  • Particularly suitable as carriers are rigid materials, for example of ceramic, silicon or epoxy resin, with which the carrier contributes to the mechanical stability of the functional layer.
  • flexible carriers for example polymer films, are also possible.
  • the electronic components can be arranged on the carrier, or else be embedded in this. The latter can be achieved, for example, by casting with a resin, for example an epoxy resin.
  • the carrier preferably has a rigid base plate, for example made of one of the above-indicated materials.
  • the electrical connection lines of the conductor structure can be realized in various ways, for example by vapor deposition of a metal structure or by an etching process of an already existing metal layer. Depending on requirements, the conductor structure can also be multilayered.
  • the shape of the functional layer is preferably planar, whereby a stack of the functional layer with further functional layers is facilitated.
  • the shape of the functional layer is cuboid, wherein such different dimensions can be stacked. This can be achieved for example by a potting.
  • connection contacts it is possible in particular, after the arrangement of the electronic components on the carrier and their contacting with the conductor structure, to determine the assignment of the connection contacts by selecting one of the alternative connection technologies.
  • Modular microelectronic systems with a functional layer according to the invention are suitable for a variety of applications, in particular for applications with integrated sensors and radio communication, for example for recording environmental conditions, tracking the movement of moving objects, warning of material fatigue in rotating parts, inventory extension and control, implementation virtual keyboards, determining product quality and helping disabled people.
  • the conductor structure includes at least two alternative wirings for different assignment of the connection contacts through the electronic components, wherein of the alternative wiring at least one wiring is selectable.
  • An advantageous development of the invention provides that the conductor structure is at least partially formed such that the choice of wiring can be made by the separation of parts of the conductor structure.
  • Such a separation is, depending on the design of the conductor structure, for example, by ablation or partial melting of a portion of the ladder possible.
  • a further advantageous embodiment provides that the conductor structure is designed such that a multiple change of the wiring is possible.
  • the conductor structure is formed such that a change back to peak selected wirings is possible.
  • any back and forth between at least a portion of the wiring is possible.
  • Such a configuration of the conductor structure makes it possible, for example, to use the functional layer several times to construct different systems.
  • the conductor structure has a controllable switching unit, through which the wiring is repeatedly interchangeable.
  • switching unit is an arrangement of relays, by means of which the electrical connection lines of the conductor structure can be combined differently with one another to form different wirings.
  • the switching unit is an electronically controllable microelectronic component. It is particularly preferred if the switching unit is programmable.
  • a further advantageous embodiment provides that the switching unit is controllable via at least one electronic component of the functional layer.
  • a further advantageous embodiment provides that the switching unit is controllable via at least one connection contact.
  • Such a development is, for example, for a one-time determination of the wiring during the integration of the functional layer in a microelectronic device. modular system. This is sufficient in many cases. The connections for the programming of the switching unit need not be wired in this case.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the conductor structure is designed such that a multiple change of the wiring in the operating state of the functional layer is possible.
  • the switching unit can be programmed such that it changes the wiring in a fixed time sequence. It is also possible that the switching unit is designed such that it changes the wiring during the operating state due to signals from electronic components connected to the switching unit.
  • the electronic components may lie on the functional layer on which the switching unit is located, or may also be electronic components, which are arranged in particular on other functional layers and can be connected to the switching unit via a vertical electrical connection via one of the terminal contacts ,
  • connection contacts for controlling the Um- Switching unit are at least partially occupied only by the switching unit simply.
  • connection contacts for controlling the switching unit have at least partially, preferably completely, no further functionality.
  • connection contacts for controlling the switching unit are at least partially occupied multiple times.
  • a further advantageous embodiment provides that at least between a terminal contact and an electronic component by selecting the wiring, a driver stage is interposed.
  • a driver stage is to be understood as a device embodied as an input and / or output stage, for example a device via which an impedance matching of signal inputs and outputs is possible, signal conditioning stages for supporting wireless vertical connections on the basis of capacitive, inductive and / or electromagnetic coupling, or bus drivers supporting data bus systems for serial data transmission.
  • a supplementary control unit for implementing a bus protocol is considered as part of the driver stage here.
  • driver stages also be integral with the conductor structure as part of an unchangeable wiring.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a modular microelectronic system according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a modular microelectronic according to the invention
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a carrier of a functional layer with a conductor structure according to the invention, connecting cables and connecting contacts,
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a carrier and connecting lines and connection contacts belonging to a conductor structure
  • FIG. 5 shows a third embodiment of a carrier and connecting lines and connection contacts belonging to a conductor structure
  • 6 shows a fourth embodiment of a carrier and connecting lines and connection contacts belonging to a conductor structure
  • 7 shows a fifth embodiment of a carrier with connection contacts belonging to a conductor structure
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an embodiment of a functional layer used in the microelectronic system.
  • FIG. 1 and 2 show a first embodiment of a microelectronic system or a modular stack 100, in this case a modular radio sensor.
  • the radio sensor contains a plurality of vertically stacked functional layers or modules.
  • the base is a power supply 20, followed by a first memory 21a, a second memory 21b, a logic 22, a micro-antenna 23, and a radio transmitter 24.
  • Named elements are configured as functional layers, i. they each have at least one electronic component and a conductor structure with at least one vertical connection contact and a wiring which connects the at least one electronic component to the at least one vertical connection contact.
  • the functional layers 20 to 24 are formed cuboid with identical base. This is achieved in this case by carriers with identical, square bases having rigid substrates which have been topped with epoxy resin.
  • the functional layers are glued together by a resin 28. Furthermore, a temperature sensor 25, a buffer capacitor 26 and a quartz 27 are located on top of the radio transmitter 24. These are likewise fastened to the functional layer of the radio transmitter 24 by an adhesive bond with resin.
  • the module stack 100 shown here comprises modules which are all provided with the same basic dimensions but different heights or thicknesses, this is not necessarily predetermined, they can also have different basic dimensions.
  • the maximum edge length of the cube-shaped radio module shown is less than 2 cm and is preferably between 2 mm and 6 mm. Depending on the structure, the dimensions may vary.
  • the vertical electrical connection of the individual functional layers or modules can be based on different borrowed connection technologies, depending on which components are used, how the space requirement of the individual components and how adjacent modules or functional layers are mutually formed.
  • Vertical connection technologies include side edge contacting, surface contacting, surface contacts and through-connections, and wireless connections and the like.
  • connection technologies In the Fign. 3 to 7 a plurality of such connection technologies are presented and show several embodiments of a support 4 with kauslei ⁇ obligations as a wiring and connection contacts 5 of a conductor pattern. 3
  • Fig. 3 shows an embodiment, in the vertical Terminal contacts 5 are formed as side edge contacts 5a, and they are located on an outer edge of the carrier 4a.
  • the side edge contacts 5a are contacted via connecting lines 3e of a conductor structure with horizontal connection contacts 30a.
  • the horizontal connection contacts 30a are provided for the connection of electronic components or other connecting lines.
  • the connecting lines are formed by a metallic layer formed on the surface of the carrier 4a.
  • connection contacts 5 are designed as plated-through holes 5b, which completely pass through the support 4b.
  • the vias 5b may be filled with a metal.
  • the horizontal outer surfaces of the vias 5b may be filled with a metal.
  • Through holes are planar.
  • the plated-through holes 5b are in contact with corresponding flat contacts 300 via line sections 3g.
  • Fig. 5 shows an embodiment in which the terminals for the vertical wiring are formed as side edge contacts 5c, which are located on the outer edge of the carrier 4c.
  • the connection contacts 5c are formed for example as shell-shaped metallic elements, which are embedded in the outer edge of the carrier 4c.
  • the side edge contacts are planar.
  • the side edge contacts 5 with flat connections 3Od are optionally connected to components via line sections 3h.
  • Fig. 6 shows an embodiment in which the terminal contacts for the vertical connection as a through-connection 5d and side edge contacts 5f are formed on a support 4d.
  • a plurality of horizontal terminal contacts 30b which may be provided for the connection of electronic components or further connecting lines, and the vertical terminal contacts 5f and 5d are through a grid of connecting lines 3f, here on the surface of the support 4d extending
  • the connecting lines 3f here for example by melting metal bridges 6, by ablation or by an etching process, it is possible to change the wiring, for example to unambiguously assign the horizontal connecting contacts 30b to the connecting contacts 5f and / or 5g.
  • FIG. 7 shows a fifth embodiment of a carrier with connection contacts 5.
  • the connection contacts are designed on the one hand as electrodes 5g for the formation of capacitive elements and on the other hand as inductive elements 5h.
  • the inductive elements 5h are formed in this case by conductor tracks.
  • FIG. 7 shows an identically designed carrier 4e 'with identically formed connection contacts 5g 1 and 5h 1 .
  • Carrier 4 and 4e ' are stacked on top of each other, whereby the connection contacts 5g and 5g 1 form a capacitive element, and the Fields of inductive elements 5h and 5h 1 can interlock.
  • the electrodes 5g and 5g ' are coated in this embodiment example with a dielectric material. Furthermore, in the region of the inductive elements 5h and 5h 1, a soft magnetic material is arranged to reinforce the inductive coupling.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of a functional layer 1 as used in the microelectronic system according to the invention, i. can be used for a module stack.
  • the functional layer 1 contains a plurality of electronic components 2, in this case electronic components which implement a memory, a controller or a radio transmitter, a conductor structure 3 which electrically contacts the electronic components and a support 4 (not illustrated here) comprising the electronic components 2 and the conductor structure 3 carries.
  • the conductor structure 3 has connection contacts 5 for the electrical vertical connection of the electronic components 2 with at least one further functional layer (not shown here).
  • the conductor structure 3 shown here has four types of connection lines: sensitive signal lines 3a, for example for the transmission of high-frequency signals, supply lines 3b for the power supply, control lines 3c and data lines 3d.
  • the supply lines 3b and sensitive signal lines 3a are immutable with vertical connection contacts 5.
  • the data lines 3d and control lines 3c are via a programmable switching unit 7, which as SMD component is formed, connected to further connection contacts 5.
  • the switching unit 7 is designed such that the assignment of the connection contacts 5 can be changed by the data lines 3d and control lines 3c. This is achieved in that the controllable switching unit 7 can interconnect different connecting lines of the conductor structure by means of relays. This makes it possible to use the controllable switching unit 7 to select a plurality of alternative wirings for different assignment of the connection contacts 5 by the electronic components 2.
  • the switching unit 7 which is formed, for example, similar to a relay, the wiring is interchangeable as often. In particular, an arbitrary often repeatable back and forth between see different wiring is possible.
  • the switching unit 7 is controllable via an electronic component 2 of the functional layer.
  • the switching unit 7 is connected to the electronic component 2 via an electrical connection line 8.
  • the switching unit 7 can be controlled via a connection contact 9.
  • the terminal contact 9 is used to control the switching unit simple.
  • the programmable switching unit 7 is designed such that also a change of the switching Wiring during the operating state of the functional layer is possible.
  • at least part of the electronic components 2 can independently change the wiring and thus the occupation of the connection contacts 5 via the electrical connection line 8 in the operating state of the functional layer.
  • driver stages 10 can be interposed by means of the switching unit 7.
  • driver stages 10 for the impedance matching of signal inputs and outputs, signal conditioning stages for supporting wireless vertical connections based on capacitive, inductive or electromagnetic coupling or bus drivers for serial data transmission can be interposed between control lines 3c and data lines 3d.
  • the switching unit 7 is electrically connected directly to the connection contacts 5 via a multiplexer 11.
  • the connections can be reconfigured during manufacture or by external, but intrinsic other electronic components with the aid of corresponding signal sequences.
  • the functional layers of the radio module are similar to the functional layer 1 described above, see FIG. 8. In the following, reference will therefore be made to the elements of FIG. 8.
  • the logic functional layer 22 has 35 digital inputs and outputs, which can be assigned via an SPI bus as a driver stage 10 of a switching unit 7 arbitrarily to three terminals 5 via changing the wiring.
  • the switching unit is designed in this case as a programmable switching unit, which can be controlled via a connection contact 9 from the outside.
  • Logic 22 and memory 21a and 21b each have two power supply lines 3a permanently connected to vertical terminals 5.
  • data lines 3d which are configured as an SPI bus.
  • the microantenna functional layer 23 is also connected to the radio transmitter 24 by means of unchangeable connections designed for the transmission of HF signals.
  • Connection lines 3a with associated connection contacts 5 are electrically connected to each other.
  • the four digital connections on the radio transmitter 24, cf. Control lines 3c in FIG. 1 are selectable in terms of their assignment of the connection contacts 5 by changing the wiring via a programmable changeover unit 7, which is constructed analogously to the changeover unit 7 described above.
  • connection contacts 5 of the respective functional layers can be occupied such that a vertical connection of the individual functional layers is possible with each other.
  • the microelectronic system 100 according to FIG. 2 is constructed analogously to the microelectronic system according to the first exemplary embodiment.
  • the functional layers 20-24 have no terminal contacts which enable a capacitive coupling, but side edge contacts 5c which enable a galvanic connection to the side surfaces of the functional layers.
  • the microelectronic system has an FR4 Printed circuit board substrate 29 on.
  • this substrate 29 On the surface of this substrate 29 are in this embodiment, 50 micron interconnects with a thickness of 18 microns of copper.
  • the functional layers are electrically connected to one another via the connection contacts 5c.
  • the conductor structures of the functional layers are designed such that it is possible to select the assignment of the connection contacts by programming the switching unit 7 such that crossing-free vertical connections are possible. Accordingly, the interconnects of the vertical electrical connection are applied without crossing on the printed circuit board substrate 29.
  • the preprepared functional layers according to FIGS. 3 to 7 are selected, in which case those will also be used which include both exclusion contact possibilities (see Fig. 6).

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Abstract

The invention relates to a modular microelectric system comprising several functional layers that are stacked vertically, one functional layer having at least one carrier with at least one electronic component and a conductor structure, which has a connection contact configuration and wiring between the component or components and said configuration. The functional layers can be electrically connected in a vertical manner via their respective connection contact configurations. At least some of the functional layers are designed with respect to the wiring and/or connection contact configuration for various types of vertical connection technology.

Description

Modulares mikroelektronisches SystemModular microelectronic system
Die Erfindung betrifft ein modulares mikroelektronisches System nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a modular microelectronic system according to the preamble of the main claim.
Modulare mikroelektronische Systeme sind grundsätzlich bekannt. So sind beispielsweise modular eingebettete Systeme bekannt, welche digitale Schaltungen zur Datenverarbeitung und zur Ablaufsteuerung und je nach Anwendung weitere Teilsysteme mit Sensoren undModular microelectronic systems are known in principle. Thus, for example, modular embedded systems are known, which digital circuits for data processing and flow control and depending on the application further subsystems with sensors and
Schaltungen zur Messdatenverarbeitung, Aktuatoren mit Ansteuerung zur Positionierung der Sensorik, Antenne und Elektronik zur Hochfrequenzerzeugung/ -auswertung sowie zur Steuerung der Kommunikation, und Energie- Versorgung und Bauelementen zum Energiemanagement aufweisen.Circuits for measuring data processing, actuators with control for positioning the sensors, antenna and electronics for high-frequency generation / evaluation and for controlling the communication, and energy supply and components for energy management.
Ein bekanntes Konzept ist, das mikroelektronische System kostengünstig mit einer möglichst geringen An- zahl von Komponenten zu realisieren. Eine Möglichkeit hierfür ist es, den größten Teil der notwendigen Komponenten auf einem Halbleiterchip als "system-on-a- chip" zu integrieren. Bekannt sind beispielsweise 3D- IC-Technologien zur Realisierung mehrerer Transistor- lagen auf einem Chip. Dem Vorteil der kleineren Chipabmaße stehen jedoch starke Ausbeuteprobleme und deutlich schlechtere Kenndaten im Vergleich zu 2D-ICs gegenüber.A known concept is to realize the microelectronic system cost-effectively with the lowest possible number of components. A possibility This involves integrating most of the necessary components on a semiconductor chip as "system-on-a-chip". For example, 3D IC technologies for implementing a plurality of transistor layers on a chip are known. The advantage of the smaller chip dimensions, however, contrast with strong yield problems and significantly worse characteristics compared to 2D ICs.
Ein weiteres Konzept ist, modulare mikroelektronische Systeme zu entwerfen, welche auf der Stapelung von Halbleiterchips und weiteren elektronischen Komponenten in Form planarer Schichten basieren. Die elektrische Verbindung der einzelnen Schichten, beispiels- weise von Daten- und Steuerleitungen sowie Versorgungsleitungen, erfolgt vertikal. Bei diesem Chipstapelverfahren müssen die einzelnen Schichten gleiche Abmessungen haben.Another concept is to design modular microelectronic systems based on the stacking of semiconductor chips and other electronic components in the form of planar layers. The electrical connection of the individual layers, for example of data and control lines and supply lines, takes place vertically. In this chip stacking process, the individual layers must have the same dimensions.
Die Druckschrift WO 03/005782 A2 offenbart beispielsweise ein modulares mikroelektronisches System, welches mehrere vertikal übereinander gestapelte Funktionsschichten aufweist. Eine Funktionsschicht enthält jeweils elektronische Komponenten, eine elektrische Leiterstruktur, welche die mikroelektronischen Komponenten elektrisch kontaktiert und einen Träger in welchen mikroelektronische Komponenten und Leiterstruktur eingebettet sind. Des Weiteren weist die Leiterstruktur Anschlusskontakte für die mikroelekt- ronische Komponenten auf, wobei die Anschlusskontakte außen an der Stirnfläche des Trägers angeordnet sind. Mehrere derartige Funktionsschichten sind übereinander gestapelt und über die jeweils außen liegenden Anschlusskontakte der jeweiligen Leiterstruktur über eine Metallisierung elektrisch miteinander verbunden. Gegenüber der Verdrahtungsdichte horizontal angeordneter Verdrahtungen ist der Aufwand zur Erreichung hoher Verdrahtungsdichten im Bereich der vertikalen Kontakte deutlich höher. Dies macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn eine Vielzahl von Funktions- schichten miteinander elektrisch über vertikale Verbindungen miteinander verbunden werden müssen.The publication WO 03/005782 A2, for example, discloses a modular microelectronic system which has a plurality of functional layers stacked vertically one above the other. A functional layer contains in each case electronic components, an electrical conductor structure which electrically contacts the microelectronic components and a carrier in which microelectronic components and conductor structure are embedded. Furthermore, the conductor structure has connection contacts for the microelectronic components, wherein the connection contacts are arranged outside on the end face of the carrier. Several such functional layers are stacked on top of each other and electrically connected to each other via the respective outer terminal contacts of the respective conductor structure via a metallization. Compared with the wiring density of horizontally arranged wirings, the effort required to achieve high wiring densities in the area of the vertical contacts is significantly higher. This becomes particularly noticeable when a multiplicity of functional layers have to be connected to one another electrically via vertical connections.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein modulares mikroelektronisches System zu schaffen, welches ermöglicht, die vertikale Verdrahtungskomplexität und insbesondere den Platzbedarf einer derartigen Verdrahtung erheblich zu reduzieren.It is therefore an object of the present invention to provide a modular microelectronic system which makes it possible to considerably reduce the vertical wiring complexity and, in particular, the space requirement of such a wiring.
Diese Aufgabe wird durch ein modulares mikroelektronisches System nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a modular microelectronic system according to claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Advantageous developments are described in the dependent claims.
Die Erfindung schafft ein modulares mikroelektronisches System, enthaltend mehrere vertikal übereinander gestapelte Funktionsschichten oder Module, wobei eine Funktionsschicht mindestens eine elektronische Komponente, eine Leiterstruktur mit mindestens einem vertikalen Anschlusskontakt und einer Verdrahtung, die die mindestens eine elektronische Komponente mit den mindestens einen vertikalen Anschlusskontakt e- lektrisch verbindet, enthält, und die Funktions- schichten über ihre jeweiligen Anschlusskontakte vertikal miteinander elektrisch verbunden sind.The invention provides a modular microelectronic system comprising a plurality of function layers or modules stacked vertically one above another, wherein a functional layer comprises at least one electronic component, a conductor structure having at least one vertical connection contact and a wiring which connects the at least one electronic component to the at least one vertical connection contact. electrically connects, contains, and the functional layers are electrically connected to each other via their respective terminal contacts vertically.
Erfindungsgemäß ist zumindest ein Teil der Funktionsschichten hinsichtlich der Verdrahtung und/oder der Anschlusskontaktkonfiguration für unterschiedliche vertikale Verbindungstechnologien ausgelegt. Aufgrund dessen, dass zwischen mehreren, alternativen Verbindungstechnologien gewählt werden kann, ist es beim Aufbau aus mehreren Funktionsschichten möglich, jeweils die geeignete Verbindungstechnologie auszuwählen, um eine vorteilhafte vertikale Verbindung zu ermöglichen. Insbesondere der Platzbedarf zur vertikalen Verbindung der Funktionsschichten kann hiermit minimiert werden. Dabei sind auch unterschiedliche Abmessungen der einzelnen Funktionsschichten oder Module möglich.According to the invention, at least a part of the functional layers is designed with regard to the wiring and / or the connection contact configuration for different vertical connection technologies. Due to the fact that it is possible to choose between several alternative connection technologies, in the case of multiple functional layers it is possible to select in each case the suitable connection technology in order to enable a favorable vertical connection. In particular, the space required for vertical connection of the functional layers can be minimized hereby. In this case, different dimensions of the individual functional layers or modules are possible.
Als vertikale Verbindungstechnologien sind die Sei- tenrandkontaktierungen, die Flächenkontaktierung mit Durchkontaktierungen, oder drahtlose Verbindungstechniken, induktiver, kapazitiver oder elektromagnetischer Art vorgesehen.Vertical interconnect technologies are edge side vias, via vias, or wireless interconnect techniques, inductive, capacitive, or electromagnetic.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn die Funktionsschichten in Form modular aufgebaut sind, d.h., funktional zusammenhängende elektronische Komponenten werden vorzugsweise auf einer Funktionsschicht zusammengefasst, und in verschiedenen Kombinationen zu dem mikroelektronischen modularen System aufbaubar sind. Je nach Kombination der einzelnenThe invention is particularly advantageous when the functional layers are modular in design, i.e., functionally related electronic components are preferably combined on a functional layer and can be assembled in various combinations with the microelectronic modular system. Depending on the combination of the individual
Funktionsschichten zu solch oder solch einem mikroelektronischen System können unterschiedliche Arten der elektrischen vertikale Verbindung der Funktions- schichten besser geeignet sein. Erfindungsgemäß ist es möglich, zwischen verschiedenen Alternativen eine vertikale Verbindung auszuwählen und über die Wahl der Verbindung eine geeignete Belegung der vertikalen Anschlusskontakte einzustellen. Dies vereinfacht beispielsweise Fertigungskonzepte mit sehr verschiedenen Zulieferern, da der Abstimmungsbedarf, was zumindest die Auslegung der vertikalen Anschlusskontakte be- trifft, reduziert ist, wenn nicht sogar gar nicht mehr notwendig ist.Functional layers to such or such a microelectronic system, different types of electrical vertical connection of the functional layers may be better suited. According to the invention, it is possible to select a vertical connection between different alternatives and to set a suitable assignment of the vertical connection contacts via the choice of the connection. This simplifies, for example, manufacturing concepts with very different suppliers, since the need for coordination, at least the design of the vertical connection contacts meets, is reduced, if not even no longer necessary.
Es ist möglich, die Anschlusskontakte in verschiede- nen Formen auszubilden, beispielsweise galvanisch in Form von Durchführungen oder Durchkontaktierungen, also eine galvanische Verbindung, die durch den Träger hindurchtritt, oder Seitenkontakte, oder drahtlos über kapazitiv, induktiv oder elektromagnetisch (An- tennen) koppelnde Elemente. Zur Unterstützung der drahtlos koppelnden Elemente können dielektrische und/oder weichmagnetische Materialien eingesetzt werden.It is possible to form the terminal contacts in various forms, for example galvanically in the form of feedthroughs or plated-through holes, ie a galvanic connection which passes through the carrier, or side contacts, or via capacitive, inductive or electromagnetic (antenna) coupling Elements. To support the wireless coupling elements, dielectric and / or soft magnetic materials may be used.
Die Funktionsschicht kann derart aufgebaut sein, dass verschiedene solcher Verbindungstechnologien unterstützt werden, um abhängig von den Anforderungen, beispielsweise was Zuverlässigkeit und Kosten angeht, eine geeignete vertikale elektrische Verbindung zu ermöglichen.The functional layer may be constructed to support a variety of such interconnection technologies to provide a suitable vertical electrical connection, depending on the requirements, such as reliability and cost.
Dadurch, dass der Entflechtungsaufwand der vertikalen elektrischen Verbindung durch Wahl der Belegung der Anschlusskontakte auf der Funktionsschicht reduzier- bar ist, ist es möglich, extrem kleine und damit leichte Module zu realisieren. Derartige Module können eine deutlich höhere Robustheit aufweisen, die selbst einen sicheren Betrieb in rauen Umgebungen, beispielsweise in Umgebungen, in welchen das Bauteil hohen Beschleunigungen ausgesetzt ist, erlauben.Because the unbundling outlay of the vertical electrical connection can be reduced by selecting the occupation of the connection contacts on the functional layer, it is possible to realize extremely small and therefore lightweight modules. Such modules can have a significantly higher robustness, which themselves allow safe operation in harsh environments, for example in environments in which the component is exposed to high accelerations.
Es ist insbesondere möglich, mehr Anschlusskontakte als von den elektronischen Komponenten benötigt vorzusehen.In particular, it is possible to provide more connection contacts than required by the electronic components.
Weiterhin ist es möglich, vorgefertigte Träger mit unterschiedlichen Kontaktkonfigurationen zu verwenden, wobei ein Träger auch Kontaktkonfigurationen unterschiedlicher Verbindungstechnologien aufweisen kann.Furthermore, it is possible to use prefabricated carriers use different contact configurations, wherein a carrier may also have contact configurations of different connection technologies.
Zur Realisierung einer vertikalen elektrischen Verbindung, die seitlich des Stapels der Funktions- schichten angeordnete elektrische Leitungen aufweist, eignen sich beispielsweise Dünnfilmsubstrate auf Ba- sis von einer Keramik oder Silizium, Dickschichtsubstrate auf Basis einer Keramik, laminierte Substrate, insbesondere Leiterplatten, Metalldrähte (gelötet o- der gebondet) , Leitpaste oder eine laserstrukturierte Metallisierung .Thin-film substrates based on a ceramic or silicon, thick-film substrates based on a ceramic, laminated substrates, in particular printed circuit boards, metal wires (soldered or the like) are suitable for realizing a vertical electrical connection, which has electrical lines arranged laterally of the stack of functional layers - the bonded), conductive paste or a laser-structured metallization.
Elektronische Komponenten können insbesondere mikroelektronische Bauteile, beispielsweise SMD-Bauteile oder Halbleiterchips sein, oder aber auch Bauteile wie beispielsweise Antennen, Batterien, Sensoren, Schwingquarze, Aktoren, Signalgeber, Resonatoren undElectronic components may in particular be microelectronic components, for example SMD components or semiconductor chips, or else components such as antennas, batteries, sensors, quartz crystals, actuators, signal generators, resonators and
EMV-Filter.EMC filter.
Als Träger kommen insbesondere starre Materialien in Betracht, beispielsweise aus Keramik, Silizium oder Epoxydharz, womit der Träger zur mechanischen Stabilität der Funktionsschicht beiträgt. Grundsätzlich sind auch flexible Träger, beispielsweise Polymerfolien, möglich. Die elektronischen Komponenten können dabei auf dem Träger angeordnet sein, oder aber auch in diesem eingebettet sein. Letzteres kann beispielsweise durch einen Verguss mit einem Harz, beispielsweise einem Epoxydharz, erreicht werden. Für einen Verguss besitzt der Träger vorzugsweise eine starre Grundplatte, beispielsweise aus einem der oben ange- gebenen Materialien. Die elektrischen Verbindungsleitungen der Leiterstruktur können auf verschiedene Art und Weise realisiert werden, beispielsweise durch Aufdampfen einer Metallstruktur oder durch einen Ätzprozess einer schon vorhandenen Metalllage. Je nach Bedarf kann die Leiterstruktur auch mehrschichtig sein.Particularly suitable as carriers are rigid materials, for example of ceramic, silicon or epoxy resin, with which the carrier contributes to the mechanical stability of the functional layer. In principle, flexible carriers, for example polymer films, are also possible. The electronic components can be arranged on the carrier, or else be embedded in this. The latter can be achieved, for example, by casting with a resin, for example an epoxy resin. For a potting, the carrier preferably has a rigid base plate, for example made of one of the above-indicated materials. The electrical connection lines of the conductor structure can be realized in various ways, for example by vapor deposition of a metal structure or by an etching process of an already existing metal layer. Depending on requirements, the conductor structure can also be multilayered.
Die Form der Funktionsschicht ist vorzugsweise pla- nar, wodurch ein Stapel der Funktionsschicht mit wei- teren Funktionsschichten erleichtert ist. Vorzugsweise ist die Form der Funktionsschicht quaderförmig, wobei solche unterschiedlicher Abmessungen gestapelt werden können. Dies kann beispielsweise durch einen Verguss erreicht werden.The shape of the functional layer is preferably planar, whereby a stack of the functional layer with further functional layers is facilitated. Preferably, the shape of the functional layer is cuboid, wherein such different dimensions can be stacked. This can be achieved for example by a potting.
Erfindungsgemäß ist es insbesondere möglich, nach der Anordnung der elektronischen Komponenten auf dem Träger und deren Kontaktierung mit der Leiterstruktur die Belegung der Anschlusskontakte durch die Wahl ei- ner der alternativen Verbindungstechnologien zu bestimmen.According to the invention, it is possible in particular, after the arrangement of the electronic components on the carrier and their contacting with the conductor structure, to determine the assignment of the connection contacts by selecting one of the alternative connection technologies.
Modulare mikroelektronische Systeme mit einer erfindungsgemäßen Funktionsschicht eignen sich für viel- fältige Anwendungen, insbesondere für Anwendungen mit integrierter Sensorik und Funkkommunikation, beispielsweise zur Aufzeichnung von Umweltbedingungen, Verfolgung der Bewegung von beweglichen Objekten, Warnung vor Materialermüdung bei rotierenden Teilen, Bestandserweitung und -kontrolle, Realisierung von virtuellen Tastaturen, Bestimmung von Produktqualität und Unterstützung von Behinderten.Modular microelectronic systems with a functional layer according to the invention are suitable for a variety of applications, in particular for applications with integrated sensors and radio communication, for example for recording environmental conditions, tracking the movement of moving objects, warning of material fatigue in rotating parts, inventory extension and control, implementation virtual keyboards, determining product quality and helping disabled people.
Vorteilhafterweise beinhaltet die Leiterstruktur min- destens zwei alternative Verdrahtungen zu unterschiedlichen Belegung der Anschlusskontakte durch die elektronischen Komponenten, wobei von den alternativen Verdrahtungen zumindest eine Verdrahtung auswähl- bar ist.Advantageously, the conductor structure includes at least two alternative wirings for different assignment of the connection contacts through the electronic components, wherein of the alternative wiring at least one wiring is selectable.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leiterstruktur zumindest teilweise derart ausgebildet, dass die Wahl der Verdrahtung durch das Auftrennen von Teilen der Leiterstruktur erfolgen kann.An advantageous development of the invention provides that the conductor structure is at least partially formed such that the choice of wiring can be made by the separation of parts of the conductor structure.
Ein derartiges Auftrennen ist, je nach Ausbildung der Leiterstruktur, beispielsweise durch ein Abtragen o- der partielles Aufschmelzen eines Teilbereiches der Leiter möglich.Such a separation is, depending on the design of the conductor structure, for example, by ablation or partial melting of a portion of the ladder possible.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Leiterstruktur derart ausgebildet ist, dass ein mehrfacher Wechsel der Verdrahtungen möglich ist.A further advantageous embodiment provides that the conductor structure is designed such that a multiple change of the wiring is possible.
Vorzugsweise ist die Leiterstruktur derart ausgebildet, dass ein Zurückwechseln auf schonmals gewählte Verdrahtungen möglich ist. Vorzugsweise ist auch ein beliebiges Hin- und Herwechseln zwischen zumindest einen Teil der Verdrahtungen möglich.Preferably, the conductor structure is formed such that a change back to schonmal selected wirings is possible. Preferably, any back and forth between at least a portion of the wiring is possible.
Durch eine derartige Ausbildung der Leiterstruktur wird beispielsweise ermöglicht, die Funktionsschicht mehrfach zum Aufbau verschiedener Systeme zu verwenden.Such a configuration of the conductor structure makes it possible, for example, to use the functional layer several times to construct different systems.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leiterstruktur eine steuerbare Umschalteinheit aufweist, durch die die Verdrahtung mehrfach wechselbar ist.An advantageous development of the invention provides that the conductor structure has a controllable switching unit, through which the wiring is repeatedly interchangeable.
Ein Beispiel für eine derartige Umschalteinheit ist eine Anordnung von Relais, durch die die elektrischen Verbindungsleitungen der Leiterstruktur unterschiedlich miteinander zu verschiedenen Verdrahtungen kombiniert werden können. Vorzugsweise ist die Umschalt- einheit eine elektronisch steuerbare mikroelektronische Komponente. Besonders bevorzugt ist, wenn die Umschalteinheit programmierbar ist.An example of such a switching unit is an arrangement of relays, by means of which the electrical connection lines of the conductor structure can be combined differently with one another to form different wirings. Preferably, the switching unit is an electronically controllable microelectronic component. It is particularly preferred if the switching unit is programmable.
Dadurch, dass ein mehrfacher Wechsel der Verdrahtun- gen möglich ist, ist es möglich, die Anschlüsse, vorzugsweise durch die elektronischen Komponenten der Funktionsschicht, mehrfach zu belegen. Je nach Bedarf könnte in diesem Falle die eine oder die andere e- lektronische Komponente mit einem Teil der Anschluss- kontakte über einen Wechsel der Verdrahtungen miteinander elektrisch verbunden werden. Elektronische Komponenten verschiedener Funktionsschichten können über eine reduzierte Anzahl von Anschlusskontakten miteinander kommunizieren, in dem die Anschlusskontakte funktionsabhängig unterschiedlich belegt werden.The fact that a multiple change of wiring is possible, it is possible to assign the terminals, preferably by the electronic components of the functional layer, multiple times. Depending on requirements, in this case the one or the other electronic component could be electrically connected to a part of the connection contacts via a change of the wirings. Electronic components of different functional layers can communicate with one another via a reduced number of connection contacts, in which the connection contacts are assigned different functions depending on the function.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Umschalteinheit über zumindest eine elektronische Komponente der Funktionsschicht steuerbar ist.A further advantageous embodiment provides that the switching unit is controllable via at least one electronic component of the functional layer.
Dies ermöglicht es, dass die Funktionsschicht je nach Bedarfsfall automatisch zumindest einen Teil der Verdrahtungen wechseln kann.This makes it possible for the functional layer to automatically change at least part of the wiring as required.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Umschalteinheit über zumindest einen Anschlusskontakt steuerbar ist.A further advantageous embodiment provides that the switching unit is controllable via at least one connection contact.
Eine derartige Weiterbildung ist beispielsweise für eine einmalige Festlegung der Verdrahtung während der Integration der Funktionsschicht in einem mikroelekt- ronischen modularen System geeignet. Dies ist in vielen Fällen ausreichend. Die Anschlüsse für die Programmierung der Umschalteinheit brauchen in diesem Falle nicht weiter verdrahtet zu werden.Such a development is, for example, for a one-time determination of the wiring during the integration of the functional layer in a microelectronic device. modular system. This is sufficient in many cases. The connections for the programming of the switching unit need not be wired in this case.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leiterstruktur derart ausgebildet ist, dass ein mehrfacher Wechsel der Verdrahtungen im Betriebszustand der Funktionsschicht möglich ist.A further advantageous embodiment of the invention provides that the conductor structure is designed such that a multiple change of the wiring in the operating state of the functional layer is possible.
Dies kann beispielsweise durch eine weiter oben schon beschriebene Umschalteinheit realisiert werden.This can be realized, for example, by a switching unit already described above.
Beispielsweise kann die Umschalteinheit derart pro- grammiert sein, dass sie in einer festen zeitlichen Folge die Verdrahtungen wechselt . Ebenso ist es möglich, dass die Umschalteinheit derart ausgebildet ist, dass diese aufgrund von Signalen von mit der Umschalteinheit verbundenen elektronischen Komponenten die Verdrahtung während des Betriebszustandes wechselt. Die elektronischen Komponenten können dabei auf der Funktionsschicht liegen, auf der sich die Umschalteinheit befindet, oder aber auch elektronische Komponenten sein, die insbesondere auf anderen Funk- tionsschichten angeordnet sind und über eine vertikale elektrische Verbindung über einen der Anschluss- kontakte mit der Umschalteinheit verbindbar sind.For example, the switching unit can be programmed such that it changes the wiring in a fixed time sequence. It is also possible that the switching unit is designed such that it changes the wiring during the operating state due to signals from electronic components connected to the switching unit. In this case, the electronic components may lie on the functional layer on which the switching unit is located, or may also be electronic components, which are arranged in particular on other functional layers and can be connected to the switching unit via a vertical electrical connection via one of the terminal contacts ,
Diese vorteilhafte Weiterbildung ermöglicht insbeson- dere eine Mehrfachbelegung der Anschlusskontakte.This advantageous development allows, in particular, multiple assignment of the connection contacts.
Hiermit ist eine erhebliche Reduzierung der Komplexität und des Aufwandes für die vertikale Verdrahtung möglich.This allows a significant reduction in the complexity and expense of vertical wiring.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Anschlusskontakte zur Steuerung der Um- schalteinheit zumindest teilweise ausschließlich von der Umschalteinheit einfach belegt sind.A further advantageous embodiment provides that the connection contacts for controlling the Um- Switching unit are at least partially occupied only by the switching unit simply.
Die Anschlusskontakte zur Steuerung der Umschaltein- heit besitzen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, keine weitere Funktionalität.The connection contacts for controlling the switching unit have at least partially, preferably completely, no further functionality.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anschlusskontakte zur Steuerung der Umschalteinheit zumindest teilweise mehrfach belegt sind.A further advantageous embodiment of the invention provides that the connection contacts for controlling the switching unit are at least partially occupied multiple times.
Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn mit verschiedenen Mitteln die Umschalteinheit gesteuert werden soll, beispielsweise mit mehreren elektronischen Komponenten.This is useful, for example, if the switching unit is to be controlled with different means, for example with several electronic components.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass zumindest zwischen einem Anschlusskontakt und einer elektronischen Komponente durch Wahl der Verdrahtung eine Treiberstufe zwischenschaltbar ist.A further advantageous embodiment provides that at least between a terminal contact and an electronic component by selecting the wiring, a driver stage is interposed.
Unter einer Treiberstufe soll eine als Eingangs- und/oder Ausgangsstufe ausgebildete Vorrichtung ver- standen werden, beispielsweise eine Vorrichtung, über welche eine Impedanzanpassung von Signalein- und - ausgängen möglich ist, Signalaufbereitungsstufen zur Unterstützung drahtloser vertikaler Verbindungen auf Basis kapazitiver, induktiver und/oder elektromagne- tischer Kopplung, oder Bustreiber, die Datenbussysteme zur seriellen Datenübertragung unterstützen. Im Falle von Bautreiberstufen wird hier eine ergänzende Steuereinheit zur Umsetzung eines Busprotokolls als Bestandteil der Treiberstufe angesehen.A driver stage is to be understood as a device embodied as an input and / or output stage, for example a device via which an impedance matching of signal inputs and outputs is possible, signal conditioning stages for supporting wireless vertical connections on the basis of capacitive, inductive and / or electromagnetic coupling, or bus drivers supporting data bus systems for serial data transmission. In the case of Bautreiberstufen a supplementary control unit for implementing a bus protocol is considered as part of the driver stage here.
Selbstverständlich können derartige Treiberstufen auch als Teil einer unveränderbaren Verdrahtung fest in der Leiterstruktur integriert sein.Of course, such driver stages also be integral with the conductor structure as part of an unchangeable wiring.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich- nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawing and will be explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen modularen mikroelektronischen Systems, undFig. 1 shows a first embodiment of a modular microelectronic system according to the invention, and
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfin- dungsgemäßen modularen mikroelektronischen2 shows a second embodiment of a modular microelectronic according to the invention
Systems .Systems.
Fig. 3 eine erste Ausführungsform eines Trägers einer Funktionsschicht mit zu einer erfin- dungsgemäßen Leiterstruktur gehören Verbindungsleitungen und Anschlusskontakten,3 shows a first embodiment of a carrier of a functional layer with a conductor structure according to the invention, connecting cables and connecting contacts,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines Trägers und zu einer Leiterstruktur gehörenden Verbindungsleitungen und Anschlusskontakten,4 shows a second embodiment of a carrier and connecting lines and connection contacts belonging to a conductor structure,
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines Trägers und zu einer Leiterstruktur gehörenden Verbindungsleitungen und Anschlusskontakten,5 shows a third embodiment of a carrier and connecting lines and connection contacts belonging to a conductor structure,
Fig. 6 eine vierte Ausführungsform eines Trägers und zu einer Leiterstruktur gehörenden Verbindungsleitungen und Anschlusskontakten, Fig. 7 eine fünfte Ausführungsform eines Trägers mit zu einer Leiterstruktur gehörenden An- schlusskontakten,6 shows a fourth embodiment of a carrier and connecting lines and connection contacts belonging to a conductor structure, 7 shows a fifth embodiment of a carrier with connection contacts belonging to a conductor structure,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer beim mikroelektronischen System verwendete Funktionsschicht.8 shows a schematic representation of an embodiment of a functional layer used in the microelectronic system.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines mikroelektronischen Systems bzw. eines Modul- stapeis 100, hier einen modular aufgebauten Funksensor .1 and 2 show a first embodiment of a microelectronic system or a modular stack 100, in this case a modular radio sensor.
Der Funksensor enthält mehrere übereinander vertikal gestapelte Funktionsschichten bzw. Module. Die Basis bildet eine Energieversorgung 20, es folgt ein erster Speicher 21a, ein zweiter Speicher 21b, eine Logik 22, eine Mikroantenne 23 und ein Funksender 24. Ge- nannte Elemente sind als Funktionsschichten ausgebildet, d.h. sie weisen jeweils mindestens eine elektronische Komponente und eine Leiterstruktur mit mindestens einem vertikalen Anschlusskontakt und einer Verdrahtung auf, die die mindestens eine elektronische Komponente mit dem mindestens einen vertikalen Anschlusskontakt verbindet.The radio sensor contains a plurality of vertically stacked functional layers or modules. The base is a power supply 20, followed by a first memory 21a, a second memory 21b, a logic 22, a micro-antenna 23, and a radio transmitter 24. Named elements are configured as functional layers, i. they each have at least one electronic component and a conductor structure with at least one vertical connection contact and a wiring which connects the at least one electronic component to the at least one vertical connection contact.
Die Funktionsschichten 20 bis 24 sind dabei quaderförmig mit identischer Grundfläche ausgebildet. Dies wird in diesem Fall durch Träger mit identischen, quadratische Grundflächen aufweisenden starren Substraten, welche oberseitig mit Epoxydharz vergossen wurden, erreicht.The functional layers 20 to 24 are formed cuboid with identical base. This is achieved in this case by carriers with identical, square bases having rigid substrates which have been topped with epoxy resin.
Die Funktionsschichten sind durch ein Harz 28 miteinander verklebt . Auf der Oberseite des Funksenders 24 befindet sich des Weiteren ein Temperatursensor 25, ein Pufferkondensator 26 und ein Quarz 27. Diese sind ebenfalls durch eine Klebeverbindung mit Harz an der Funktions- schicht des Funksenders 24 befestigt.The functional layers are glued together by a resin 28. Furthermore, a temperature sensor 25, a buffer capacitor 26 and a quartz 27 are located on top of the radio transmitter 24. These are likewise fastened to the functional layer of the radio transmitter 24 by an adhesive bond with resin.
Der hier gezeigte Modulstapel 100 umfasst Module, die alle mit dergleichen Grundabmessung, aber unter- schiedlichen Höhen oder Dicken versehen sind, dies ist nicht notwendigerweise vorgegeben, sie können auch unterschiedliche Grundabmessungen haben. Die maximale Kantenlänge des gezeigten würfelförmigen Funkmoduls ist kleiner als 2 cm und liegt vorzugsweise zwischen 2 mm und 6 mm. Je nach Aufbau können die Abmessungen variieren.The module stack 100 shown here comprises modules which are all provided with the same basic dimensions but different heights or thicknesses, this is not necessarily predetermined, they can also have different basic dimensions. The maximum edge length of the cube-shaped radio module shown is less than 2 cm and is preferably between 2 mm and 6 mm. Depending on the structure, the dimensions may vary.
Die vertikale elektrische Verbindung der einzelnen Funktionsschichten oder Module kann auf unterschied- liehen Verbindungstechnologien beruhen, je nachdem welche Komponenten verwendet werden, wie der Platzaufwand der einzelnen Komponenten ist und wie benachbarte Module bzw. Funktionsschichten wechselseitig ausgebildet sind. Als vertikale Verbindungstechnolo- gien kommen die Seitenrandkontaktierung, die Flächenkontaktierung, die Flächenkontakte und Durchkontak- tierungen umfasst, und drahtlose Verbindungen und dergleichen in Frage.The vertical electrical connection of the individual functional layers or modules can be based on different borrowed connection technologies, depending on which components are used, how the space requirement of the individual components and how adjacent modules or functional layers are mutually formed. Vertical connection technologies include side edge contacting, surface contacting, surface contacts and through-connections, and wireless connections and the like.
In den Fign. 3 bis 7 sind mehrere solcher Verbindungstechnologien dargestellt und sie zeigen mehrere Ausführungsformen eines Trägers 4 mit Verbindungslei¬ tungen als Verdrahtung und Anschlusskontakten 5 einer Leiterstruktur 3.In the Fign. 3 to 7 a plurality of such connection technologies are presented and show several embodiments of a support 4 with Verbindungslei ¬ obligations as a wiring and connection contacts 5 of a conductor pattern. 3
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, in der vertikalen Anschlusskontakte 5 als Seitenrandkontakte 5a ausgebildet sind, und diese sich an einer Außenkante des Trägers 4a befinden.Fig. 3 shows an embodiment, in the vertical Terminal contacts 5 are formed as side edge contacts 5a, and they are located on an outer edge of the carrier 4a.
Die Seitenrandkontakte 5a sind über Verbindungsleitungen 3e einer Leiterstruktur mit horizontalen Anschlusskontakten 30a kontaktiert. Die horizontalen Anschlusskontakte 30a sind für den Anschluss von e- lektronischen Komponenten oder weiteren Verbindungs- leitungen vorgesehen. Die Verbindungsleitungen werden durch eine auf der Oberfläche des Trägers 4a gebildete metallische Schicht gebildet.The side edge contacts 5a are contacted via connecting lines 3e of a conductor structure with horizontal connection contacts 30a. The horizontal connection contacts 30a are provided for the connection of electronic components or other connecting lines. The connecting lines are formed by a metallic layer formed on the surface of the carrier 4a.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Flächenkon- taktierung, in der die Anschlusskontakte 5 als Durchkontaktierungen 5b, welche durch den Träger 4b vollständig hindurchtreten, ausgebildet sind.4 shows an embodiment of a surface contact in which the connection contacts 5 are designed as plated-through holes 5b, which completely pass through the support 4b.
Die Durchkontaktierungen 5b können mit einem Metall gefüllt sein. Die horizontalen Außenflächen derThe vias 5b may be filled with a metal. The horizontal outer surfaces of the
Durchkontaktierungen sind planar. die Durchkontaktierungen 5b stehen mit entsprechenden flächigen Kontakten 300 über Leitungsstücke 3g in Verbindung.Through holes are planar. the plated-through holes 5b are in contact with corresponding flat contacts 300 via line sections 3g.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Anschlusskontakte für die vertikale Verdrahtung als Seitenrandkontakte 5c ausgebildet sind, welche sich an der Außenkante des Trägers 4c befinden. Die Anschlusskontakte 5c sind beispielsweise als schalen- förmige metallische Elemente ausgebildet, welche in den Außenrand des Trägers 4c eingebettet sind. An den Außenflächen, d.h., an der Ober- und Unterseite des Trägers 4c, sind die Seitenrandkontakte planar ausgebildet. Hier stehen die Seitenrandkontakte 5 mit flä- chigen Anschlüssen 3Od gegebenenfalls für Komponenten über Leitungsstücke 3h in Verbindung. Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei denen die Anschlusskontakte für die vertikale Verbindung als Durchkontaktierung 5d und Seitenrandkontakte 5f auf einem Träger 4d ausgebildet sind. Alternativ ist, e- benso wie in den vorherigen Beispielen, eine Reservierung von Flächen möglich, die später zur Realisierung von Durchkontaktierungen genutzt werden können.Fig. 5 shows an embodiment in which the terminals for the vertical wiring are formed as side edge contacts 5c, which are located on the outer edge of the carrier 4c. The connection contacts 5c are formed for example as shell-shaped metallic elements, which are embedded in the outer edge of the carrier 4c. On the outer surfaces, ie, on the upper and lower sides of the carrier 4c, the side edge contacts are planar. Here, the side edge contacts 5 with flat connections 3Od are optionally connected to components via line sections 3h. Fig. 6 shows an embodiment in which the terminal contacts for the vertical connection as a through-connection 5d and side edge contacts 5f are formed on a support 4d. Alternatively, as in the previous examples, it is possible to reserve areas which can later be used for the realization of plated-through holes.
Mehrere horizontale Anschlusskontakte 30b, die für den Anschluss von elektronischen Komponenten oder weiteren Verbindungsleitungen vorgesehen sein können, und die vertikalen Anschlusskontakte 5f und 5d sind durch ein Raster von Verbindungsleitungen 3f, hier sich auf der Oberfläche des Trägers 4d verlaufendeA plurality of horizontal terminal contacts 30b, which may be provided for the connection of electronic components or further connecting lines, and the vertical terminal contacts 5f and 5d are through a grid of connecting lines 3f, here on the surface of the support 4d extending
Leiterbahnen aus Kupfer, miteinander elektrisch miteinander verbunden. Durch ein Auftrennen der Verbindungsleitungen 3f , hier beispielsweise durch Aufschmelzen von Metallbrücken 6, durch Abtragen oder über einen Ätzprozess, ist es möglich, die Verdrahtung zu ändern, beispielsweise die horizontalen Anschlusskontakte 30b eindeutig den Anschlusskontakten 5f und/oder 5g zuzuordnen.Conductor tracks made of copper, electrically interconnected. By separating the connecting lines 3f, here for example by melting metal bridges 6, by ablation or by an etching process, it is possible to change the wiring, for example to unambiguously assign the horizontal connecting contacts 30b to the connecting contacts 5f and / or 5g.
Fig. 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Trägers mit Anschlusskontakten 5. Die Anschlusskontakte sind zum einen als Elektroden 5g für die Bildung kapazitiver Elemente, zum anderen als induktive Elemente 5h ausgebildet. Die induktiven Elemente 5h werden in diesem Fall durch Leiterbahnen gebildet. Zur Verdeutlichung der Funktion der kapazitiven bzw. induktiven Anschlusskontakte zeigt Fig. 7 einen identisch gestalteten Träger 4e' mit identisch ausgebildeten Anschlusskontakten 5g1 und 5h1. Träger 4 und 4e' sind übereinander gestapelt, wodurch die Anschlusskontakte 5g und 5g1 ein kapazitives Element bilden, und die Felder der induktiven Elemente 5h und 5h1 ineinander greifen können.7 shows a fifth embodiment of a carrier with connection contacts 5. The connection contacts are designed on the one hand as electrodes 5g for the formation of capacitive elements and on the other hand as inductive elements 5h. The inductive elements 5h are formed in this case by conductor tracks. To clarify the function of the capacitive or inductive connection contacts, FIG. 7 shows an identically designed carrier 4e 'with identically formed connection contacts 5g 1 and 5h 1 . Carrier 4 and 4e 'are stacked on top of each other, whereby the connection contacts 5g and 5g 1 form a capacitive element, and the Fields of inductive elements 5h and 5h 1 can interlock.
Die Elektroden 5g und 5g' sind in diesem Ausführungs- beispiel mit einem dielektrischen Material beschichtet. Des Weiteren ist im Bereich der induktiven Elemente 5h und 5h1 ein weichmagnetische Material angeordnet, um die induktive Kopplung zu verstärken.The electrodes 5g and 5g 'are coated in this embodiment example with a dielectric material. Furthermore, in the region of the inductive elements 5h and 5h 1, a soft magnetic material is arranged to reinforce the inductive coupling.
Die Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Funktionsschicht 1, wie sie bei dem erfindungsgemäßen mikroelektronischen System, d.h. für einen Modulstapel verwendet werden kann.Fig. 8 shows a schematic representation of a functional layer 1 as used in the microelectronic system according to the invention, i. can be used for a module stack.
Die Funktionsschicht 1 enthält mehrere elektronische Komponenten 2, in diesem Falle elektronische Komponenten, welche einen Speicher, einen Controller oder einen Funksender realisieren, eine die elektronischen Komponenten elektrisch kontaktierende Leiterstruktur 3 und einen (hier nicht dargestellten) Träger 4, der die elektronischen Komponenten 2 und die Leiterstruktur 3 trägt. Die Leiterstruktur 3 weist Anschlusskontakte 5 für die elektrische vertikale Verbindung der elektronischen Komponenten 2 mit zumindest einer wei- teren Funktionsschicht (hier nicht dargestellt) auf.The functional layer 1 contains a plurality of electronic components 2, in this case electronic components which implement a memory, a controller or a radio transmitter, a conductor structure 3 which electrically contacts the electronic components and a support 4 (not illustrated here) comprising the electronic components 2 and the conductor structure 3 carries. The conductor structure 3 has connection contacts 5 for the electrical vertical connection of the electronic components 2 with at least one further functional layer (not shown here).
Die hier gezeigte Leiterstruktur 3 weist vier Arten von Verbindungsleitungen auf: Empfindliche Signalleitungen 3a, beispielsweise für die Übertragung von hochfrequenten Signalen, Versorgungsleitungen 3b für die Energieversorgung, Steuerleitungen 3c und Datenleitungen 3d. Die Versorgungsleitungen 3b und empfindlichen SignalIeitungen 3a sind dabei unveränderbar mit vertikalen Anschlusskontakten 5 verbunden. Die Datenleitungen 3d und Steuerleitungen 3c sind ü- ber eine programmierbare Umschalteinheit 7, die als SMD-Komponente ausgebildet ist, mit weiteren Anschlusskontakten 5 verbunden.The conductor structure 3 shown here has four types of connection lines: sensitive signal lines 3a, for example for the transmission of high-frequency signals, supply lines 3b for the power supply, control lines 3c and data lines 3d. The supply lines 3b and sensitive signal lines 3a are immutable with vertical connection contacts 5. The data lines 3d and control lines 3c are via a programmable switching unit 7, which as SMD component is formed, connected to further connection contacts 5.
Die Umschalteinheit 7 ist derart ausgebildet, dass die Belegung der Anschlusskontakte 5 durch die Datenleitungen 3d und Steuerleitungen 3c gewechselt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die steuerbare Umschalteinheit 7 mittels Relais verschiedene Verbindungsleitungen der Leiterstruktur miteinander ver- schalten kann. Damit ist es möglich, mittels der steuerbaren Umschalteinheit 7 mehrere alternative Verdrahtungen zur unterschiedlichen Belegung der Anschlusskontakte 5 durch die elektronischen Komponenten 2 zu wählen.The switching unit 7 is designed such that the assignment of the connection contacts 5 can be changed by the data lines 3d and control lines 3c. This is achieved in that the controllable switching unit 7 can interconnect different connecting lines of the conductor structure by means of relays. This makes it possible to use the controllable switching unit 7 to select a plurality of alternative wirings for different assignment of the connection contacts 5 by the electronic components 2.
Durch die Umschalteinheit 7, die beispielsweise ähnlich einem Relais ausgebildet ist, ist die Verdrahtung beliebig oft wechselbar. Insbesondere ist ein beliebig oft wiederholbares Hin- und Herwechseln zwi- sehen verschiedenen Verdrahtungen möglich.By the switching unit 7, which is formed, for example, similar to a relay, the wiring is interchangeable as often. In particular, an arbitrary often repeatable back and forth between see different wiring is possible.
Die Umschalteinheit 7 ist über eine elektronische Komponente 2 der Funktionsschicht steuerbar. Hierfür ist die Umschalteinheit 7 über eine elektri- sehe Verbindungsleitung 8 mit der elektronischen Komponente 2 verbunden.The switching unit 7 is controllable via an electronic component 2 of the functional layer. For this purpose, the switching unit 7 is connected to the electronic component 2 via an electrical connection line 8.
Des Weiteren ist die Umschalteinheit 7 über einen Anschlusskontakt 9 steuerbar. In diesem Fall ist der Anschlusskontakt 9 zur Steuerung der Umschalteinheit einfache belegt. Alternativ ist es ebenfalls möglich, einen derartigen Anschlusskontakt mehrfach zu belegen.Furthermore, the switching unit 7 can be controlled via a connection contact 9. In this case, the terminal contact 9 is used to control the switching unit simple. Alternatively, it is also possible to occupy several times such a connection contact.
Des Weiteren ist die programmierbare Umschalteinheit 7 derart ausgebildet, dass auch ein Wechsel der Ver- drahtungen während des Betriebszustandes der Funktionsschicht möglich ist. Insbesondere können über die elektrische Verbindungsleitung 8 zumindest ein Teil der elektronischen Komponenten 2 im Betriebszustand der Funktionsschicht selbständig die Verdrahtung und damit die Belegung der Anschlusskontakte 5 wechseln.Furthermore, the programmable switching unit 7 is designed such that also a change of the switching Wiring during the operating state of the functional layer is possible. In particular, at least part of the electronic components 2 can independently change the wiring and thus the occupation of the connection contacts 5 via the electrical connection line 8 in the operating state of the functional layer.
Zwischen den Steuerleitungen 3c und Datenleitungen 3d und den Anschlusskontakten 5, also zwischen den e- lektronischen Komponenten 2 und den Anschlusskontakten 5, sind mittels der Umschalteinheit 7 Treiberstufen 10 zwischenschaltbar .Between the control lines 3c and data lines 3d and the connection contacts 5, ie between the electronic components 2 and the connection contacts 5, driver stages 10 can be interposed by means of the switching unit 7.
Insbesondere sind zwischen Steuerleitungen 3c und Da- tenleitungen 3d Treiberstufen 10 für die Impedanzanpassung von Signalein- und -ausgängen, Signalaufbereitungsstufen zur Unterstützung drahtloser vertikaler Verbindungen auf Basis kapazitiver, induktiver oder elektromagnetischer Kopplung oder Bustreiber zur seriellen Datenübertragung zwischenschaltbar.In particular, driver stages 10 for the impedance matching of signal inputs and outputs, signal conditioning stages for supporting wireless vertical connections based on capacitive, inductive or electromagnetic coupling or bus drivers for serial data transmission can be interposed between control lines 3c and data lines 3d.
Des Weiteren ist die Umschalteinheit 7 über einen Multiplexer 11 elektrisch direkt mit den Anschlusskontakten 5 verbunden. Auf diese Weise können die An- Schlüsse währen der Fertigung bzw. durch äußere, jedoch systeminterne andere elektronische Komponenten mit Hilfe entsprechender Signalfolgen umkonfiguriert werden.Furthermore, the switching unit 7 is electrically connected directly to the connection contacts 5 via a multiplexer 11. In this way, the connections can be reconfigured during manufacture or by external, but intrinsic other electronic components with the aid of corresponding signal sequences.
Zurückkommend auf den Modulstapel 100 der Fign. 1 und 2 mit den einzelnen Funktionsschichten oder Modulen kann gesagt werden, dass zumindest ein Teil dieser Module vorgefertigte Träger 4 mit Leiterstrukturen nach den Fign. 3 bis 6 verwendet, wobei berücksich- tigt wird, welche vertikale Verbindungstechnologie sinnvoll ist. Die Funktionsschichten 20 bis 24 sind über vertikale Anschlusskontakte 5 miteinander elektrisch verbunden. Bis auf die galvanisch gekoppelten Versorgungsleitun- gen und die empfindlichen analogen Leitungen werden in diesem Ausführungsbeispiel kapazitive Anschluss- kontakte 5 (s. hierzu Fig. 7) verwendet, was aufgrund einer geringeren vertikalen Kontaktdichte zuverlässige größere Kontakte bzw. den Einsatz von kostengüns- tigeren vertikalen Verbindungstechnologien erlaubt.Coming back to the module stack 100 of Figs. 1 and 2 with the individual functional layers or modules can be said that at least a portion of these modules prefabricated carrier 4 with conductor structures according to FIGS. 3 to 6, taking into account which vertical connection technology makes sense. The functional layers 20 to 24 are electrically connected to one another via vertical connection contacts 5. Apart from the galvanically coupled supply lines and the sensitive analog lines, capacitive terminal contacts 5 (see FIG. 7) are used in this embodiment, which, due to a lower vertical contact density, reliably larger contacts or the use of more cost-effective vertical Connection technologies allowed.
Die Funktionsschichten des Funkmoduls sind ähnlich wie oben beschriebene Funktionsschicht 1, siehe Fig. 8, ausgeführt. Im Folgenden wird deswegen Bezugs auf die Elemente der Fig. 8 genommen.The functional layers of the radio module are similar to the functional layer 1 described above, see FIG. 8. In the following, reference will therefore be made to the elements of FIG. 8.
Die Logik-Funktionsschicht 22 weist 35 digitale Ein- und Ausgänge auf, die über einen SPI-Bus als Treiberstufe 10 von einer Umschalteinheit 7 beliebig auf drei Anschlusskontakte 5 über Wechseln der Verdrahtung belegt werden können. Die Umschalteinheit ist in diesem Falle als programmierbare Umschalteinheit ausgeführt, die über einen Anschlusskontakt 9 von außen gesteuert werden kann.The logic functional layer 22 has 35 digital inputs and outputs, which can be assigned via an SPI bus as a driver stage 10 of a switching unit 7 arbitrarily to three terminals 5 via changing the wiring. The switching unit is designed in this case as a programmable switching unit, which can be controlled via a connection contact 9 from the outside.
Logik 22 und Speicher 21a und 21b weisen jeweils zwei Energieversorgungsleitungen 3a auf, welche dauerhaft mit vertikalen Anschlusskontakten 5 verbunden sind. Zum Datenaustausch zwischen der Logik-Funktions- schicht 22 und den beiden Speicherchips 21a und 21b existieren jeweils drei Datenleitungen 3d, die als SPI-Bus konfiguriert sind.Logic 22 and memory 21a and 21b each have two power supply lines 3a permanently connected to vertical terminals 5. For data exchange between the logic functional layer 22 and the two memory chips 21a and 21b, there are in each case three data lines 3d, which are configured as an SPI bus.
Die Mikroantennen-Funktionsschicht 23 ist mit dem Funksender 24 ebenfalls über nicht veränderbare auf die Übertragung von HF-Signalen ausgelegte Verbin- dungsleitungen 3a mit zugehörigen Anschlusskontakten 5 miteinander elektrisch verbunden.The microantenna functional layer 23 is also connected to the radio transmitter 24 by means of unchangeable connections designed for the transmission of HF signals. Connection lines 3a with associated connection contacts 5 are electrically connected to each other.
Die Verbindung von der Logik-Funktionsschicht 22 und der Funksender-Funktionsschicht 24 erfolgt über einen proprietären Bustreiber 10 mit vier digitalen Leitungen und zwei analogen Leitungen zur Feldstärkemessung zwecks Medienzugriff "per listen before talk" . Zuzüglich der zwei Leitungen für die Energieversorgung er- geben sich insgesamt acht Leitungen. Die vier digitalen Anschlüsse am Funksender 24, vgl. Steuerleitungen 3c in Figur 1, sind über eine programmierbare Umschalteinheit 7, welche analog der oben beschriebenen Umschalteinheit 7, aufgebaut ist, in ihrer Belegung der Anschlusskontakte 5 durch Wechseln der Verdrahtung wählbar.The connection of the logic functional layer 22 and the radio transmitter functional layer 24 via a proprietary bus driver 10 with four digital lines and two analog lines for field strength measurement for the purpose of media access "per listen before talk". In addition to the two lines for the power supply, there are a total of eight lines. The four digital connections on the radio transmitter 24, cf. Control lines 3c in FIG. 1 are selectable in terms of their assignment of the connection contacts 5 by changing the wiring via a programmable changeover unit 7, which is constructed analogously to the changeover unit 7 described above.
In diesem Fall kann über die Programmierung der Umschalteinheit die Anschlusskontakte 5 der jeweiligen Funktionsschichten derart belegt werden, dass eine vertikale Verbindung der einzelnen Funktionsschichten miteinander möglich ist.In this case, via the programming of the switching unit, the connection contacts 5 of the respective functional layers can be occupied such that a vertical connection of the individual functional layers is possible with each other.
Das mikroelektronische System 100 nach Fig. 2 ist a- nalog zum mikroelektronischen System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut.The microelectronic system 100 according to FIG. 2 is constructed analogously to the microelectronic system according to the first exemplary embodiment.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weisen die Funktionsschichten 20-24 allerdings keine An- Schlusskontakte auf, die eine kapazitive Koppelung ermöglichen, sondern Seitenrandkontakte 5c, die eine galvanische Verbindung an den Seitenflächen der Funktionsschichten ermöglichen.In contrast to the first exemplary embodiment, however, the functional layers 20-24 have no terminal contacts which enable a capacitive coupling, but side edge contacts 5c which enable a galvanic connection to the side surfaces of the functional layers.
Für die vertikale Verdrahtung der Funktionsschichten weist das mikroelektronische System ein FR4- Leiterplattensubstrat 29 auf. Auf der Oberfläche dieses Substrates 29 befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel 50 μm-Leiterbahnen mit einer Dicke von 18 μm aus Kupfer. Durch die Anordnung des Substrates 29 an der Seitenfläche des durch die vertikale Stapelung der Funktionsschichten entstandenen Würfels werden die Funktionsschichten über die Anschlusskontakte 5c miteinander elektrisch verbunden.For the vertical wiring of the functional layers, the microelectronic system has an FR4 Printed circuit board substrate 29 on. On the surface of this substrate 29 are in this embodiment, 50 micron interconnects with a thickness of 18 microns of copper. As a result of the arrangement of the substrate 29 on the side surface of the cube resulting from the vertical stacking of the functional layers, the functional layers are electrically connected to one another via the connection contacts 5c.
Die Leiterstrukturen der Funktionsschichten sind derart ausgebildet, dass es möglich ist, die Belegung der Anschlusskontakte durch Programmierung der Umschalteinheit 7 derart zu wählen, dass kreuzungsfreie vertikale Verbindungen möglich sind. Dementsprechend sind die Leiterbahnen der vertikalen elektrischen Verbindung kreuzungsfrei auf dem Leiterplattensubstrat 29 aufgebracht.The conductor structures of the functional layers are designed such that it is possible to select the assignment of the connection contacts by programming the switching unit 7 such that crossing-free vertical connections are possible. Accordingly, the interconnects of the vertical electrical connection are applied without crossing on the printed circuit board substrate 29.
Selbstverständlich sind bei einem Modulstapel 100 Mischformen der Verbindungstechnologien, Seitenrand- kontaktierungen und flächige Kontaktierungen möglich.Of course, in a module stack 100, hybrid forms of the connection technologies, side edge contacts and area contacts are possible.
Je nach Wahl der Verbindungstechnologien können die vorpräparierten Funktionsschichten entsprechend den Fign. 3 bis 7 gewählt werden, wobei dann auch solche verwenden werden, die beide Ausschlusskontaktmöglichkeiten beinhalten (s. Fig. 6) . Depending on the choice of connection technologies, the preprepared functional layers according to FIGS. 3 to 7 are selected, in which case those will also be used which include both exclusion contact possibilities (see Fig. 6).

Claims

Patentansprüche claims
1. Modulares mikroelektrisches System mit mehreren vertikal übereinander gestapelten Funktions- schichten (20, 21a, 21b, 22, 23, 24), wobei eine Funktionsschicht einen Träger mit mindestens einer elektronischen Komponente und einer Leiterstruktur umfasst, die eine Anschlusskontaktkonfiguration und eine Verdrahtung zwischen der mindestens einen Komponente und Anschlusskontaktkonfiguration aufweist, und die Funktionsschichten über ihre jeweiligen Anschlusskontaktkonfigurationen vertikal miteinander elektrisch verbindbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest ein Teil der Funktionsschichten hinsichtlich der Verdrahtung und/oder der Anschlusskontaktkonfiguration für unterschiedliche vertikale Verbindungstechnologien ausgelegt ist .A modular microelectrical system having a plurality of functional layers (20, 21a, 21b, 22, 23, 24) stacked vertically one above another, wherein a functional layer comprises a carrier having at least one electronic component and a conductor structure having a terminal configuration and a wiring between the has at least one component and terminal contact configuration, and the functional layers are electrically connected to each other vertically via their respective terminal contact configurations, characterized in that at least a part of the functional layers with respect to the wiring and / or the terminal contact configuration is designed for different vertical connection technologies.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als vertikale Verbindungstechnologien die Seitenrandkontaktierung, die Flächenkontaktie- rung, eine kapazitive, induktive oder elektromagnetische drahtlose Verbindungstechnologie o- der dergleichen vorgesehen sind.2. System according to claim 1, characterized in that as vertical connection technologies, the Seitenrandkontaktierung, the Flächenkontaktie- tion, a capacitive, inductive or electromagnetic wireless connection technology o- or the like are provided.
3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Funktionsschicht eine Anschlusskontaktkonfiguration aufweist, die für zwei vertikale Verbindungstechnologien ausgelegt ist. 3. System according to claim 1 or claim 2, characterized in that at least one functional layer has a terminal contact configuration, which is designed for two vertical connection technologies.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusskontaktkonfiguration der mindestens einen Funktionsschicht mindestens einen Seitenkontakte und mindestens eine Durchkontak- tierung.4. System according to claim 3, characterized in that the terminal contact configuration of the at least one functional layer at least one side contacts and at least one through-connection.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur mindestens zwei alternative Verdrahtungen zur unterschiedlichen Belegung der Anschlusskontaktkonfi- guration durch die elektronischen Komponenten beinhaltet, wobei von den alternativen Verdrahtungen zumindest eine Verdrahtung auswählbar ist.5. System according to one of claims 1 to 4, characterized in that the conductor structure includes at least two alternative wiring for different assignment of Anschlußkontaktkonfig- guration by the electronic components, wherein of the alternative wiring at least one wiring is selectable.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur (3f) zumindest teilweise derart ausgebildet ist, dass die Wahl der Verdrahtung durch das Auftrennen von Teilen der Leiterstruktur erfolgt.6. System according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conductor structure (3f) is at least partially formed such that the choice of the wiring is carried out by the separation of parts of the conductor structure.
7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur eine steuerbare Umschalteinheit (7) aufweist, durch die die Verdrahtung mehrfach wechselbar ist.7. System according to one of claims 1 to 6, characterized in that the conductor structure has a controllable switching unit (7), through which the wiring is repeatedly exchangeable.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Funktionsschichten vorpräparierte Träger mit unterschiedlichen Anschlusskontaktkonfigurationen verwendbar sind.8. System according to any one of claims 1 to 7, characterized in that for the functional layers pre-prepared carrier can be used with different terminal contact configurations.
9. System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit über zumindest eine elektronische Komponente (7) der Funk- tionsschicht (8) steuerbar ist.9. System according to claim 7 or 8, characterized in that the switching unit via at least one electronic component (7) of the functional layer (8) is controllable.
10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit über zumindest einen Anschlusskontakt (9) steuerbar ist.10. System according to one of claims 7 to 9, characterized in that the switching unit via at least one connection contact (9) is controllable.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur derart ausgebildet ist, dass ein mehrfacher11. System according to one of claims 1 to 10, characterized in that the conductor structure is formed such that a multiple
Wechsel der Verdrahtungen im Betriebszustand der Funktionsschicht möglich ist.Change of the wiring in the operating state of the functional layer is possible.
12. System nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dass die Anschlusskontakte (9) zur Steuerung der Um- schalteinheit zumindest teilweise ausschließlich von der Umschalteinheit einfach belegt sind.12. System according to any one of claims 7 to 11, that the connection contacts (9) for controlling the switching unit are at least partially occupied only by the switching unit simply.
13. System nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dass die Anschlusskontakte zur Steuerung der Umschalteinheit zumindest teilweise mehrfach be- legt sind.13. System according to one of claims 7 to 11, that the connection contacts for controlling the switching unit are at least partially occupied several times.
14. Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen einem Anschlusskontakt und einer elektronischen Komponente durch Wahl der Verdrahtung eine Treiberstufe (10) zwischenschaltbar ist. 14. Functional layer according to one of claims 1 to 13, characterized in that at least between a terminal contact and an electronic component by selecting the wiring, a driver stage (10) is interchangeable.
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